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东北林业大学:以科研破译林木遗传密码
2015-04-01 09:11:00
人民网
  近日,黑龙江省公布省级领军人才梯队名单,林木遗传育种国家重点实验室(东北林业大学)成功入选。这项旨在推进黑龙江省科技创新和促进科技成果转化的人才智力保证计划之所以对这个团队青睐有加,不仅因为它有合理的专业技术领军人才梯队,更是因为这个实验室的成果为东北地区林业的可持续发展提供了重要的科研依据。

  种源区划 种子的生长需要知冷知热

  选育良种,是林木遗传育种研究的核心。可是,那些具备了速生、抗逆、抗干旱、耐盐碱等优良性能的良种就一定能够适应所有的环境而茁壮成长吗?答案当然是否定的。

  “比如同样是落叶松,在小兴安岭南部的落叶松长的就比大兴安岭要快,如果按照速生的要求来讲,这样的种子肯定是‘良种’。但是如果把这样的种子拿到大兴安岭种植,由于它生长速度快,可能没等长成,就会被冻死。”林木遗传育种国家生物实验室常务副主任刘桂丰说:“所以,种子的生长需要知冷知热,只有找到适宜种子生长的环境,才能让种子生根发芽。做好种源区划,则是这项工作的关键。”

  所谓种源区划,就是在林区按照适应种源的情况,划分出若干的区域,找出最适合这块区域的良种。这需要先对林木进行群体选择,也就是按照林木的生长实际,划分出相应的区域,然后再进行单株选择,也就是在该区域中寻找生长最好的植株,选择良种。

  为了做好落叶松、樟子松、红松、白桦、水曲柳等东北地区常见树种的种源区划,东北林业大学林木遗传育种国家重点实验室历时几十年,经过了一代又一代东林人的努力,终于摸清了东北及内蒙四省区常见树种的区划分布,为科学合理地培育健康、稳定、可持续发展的森林提供了技术支撑。

  改良基因 种子的改良需要“混血”联姻

  单靠群体选择及单株选择选出的良种,只是在自然状态下生长较好的树种,可是有时自然状态下最好的种子也会存在一定的缺陷,这时就需要借助基因改良,保留种子的优良特性,改善种子的缺陷基因。

  仅以白桦为例,中国白桦的抗逆性较好,可以很好地抗寒、抗干旱,但是生长的外型却不美观。而欧洲白桦虽然外型直挺,但抗逆性却不好。为了能够让白桦具有外型和抗逆双重优点,就需要对其进行基因改良。“其实这种杂交,就像是跨国婚姻,生出的‘混血孩子’,会兼具父母的优点。”刘桂丰介绍说。

  据了解,目前东北林业大学林木遗传育种国家重点实验室已经完成了白桦的全基因组测序研究,鉴定了白桦基因32000余条,为改进白桦的木材品质、提高抗性及生长速度等提供了科研基础。

  而且实验室还利用细胞工程、染色体工程、基因工程等现代生物技术与常规育种技术,创制出几十种高产、优质、抗病、抗逆的杨树、落叶松、白桦等优异种质材料。

  林木重要性状的鉴定及分析

  林木的生长、材质和抗性是重要的品质性状,也是林木遗传育种一直关注的问题。目前,实验室在林木重要性状形成的分子基础研究跨上了一个新的平台:建立了林木材性品质形成以及不同发育时期林木在不同时期、不同组织、器官,以及逆境胁迫下不同时间的转录组及表达谱。通过建立起高通量分析性状形成相关基因的研究平台,鉴定和克隆影响这些目的性状的关键基因。研究转录因子基因在林木生长发育、抗性中的调控作用,通过研究转录因子识别的DNA元件,转录因子的转录激活及其所调控的下游靶基因等方面的研究,系统阐述其调控林木生长、抗逆的机理入基因调控网络及代谢途径,阐明目标性状形成的分子机理。

  俗话说“十年树木,百年树人”,由于树木的生长周期长,所以限制了林业科学研究的效率。据东北林业大学林木遗传育种国家重点实验室林木基因组学科带头人王玉成教授介绍,一般林木的转基因,从转化到获得转基因植株,需要一年的时间,更重要一点,目前绝大多数林木都没有建立组培及遗传转化体系,这极大地影响了基因功能研究效率。

  比如柽柳是一种生长在中亚的抗干旱、耐盐碱、耐沙埋的木本植物,是一种研究林木抗逆机理的理想材料。可是以往对于柽柳基因的研究,受限于柽柳没有完善的遗传转化体系,只能把相关基因转入到其他植株中进行观测,但这种实验方法难以准确揭示基因的功能,更难以实现将目的基因在宿主植物中沉默来研究基因的功能。而这种瞬时转化技术让以往需要1年才能完成的实验缩短到7天,效率整整提高了50余倍。“这项技术我们已经在国际期刊上发表,它不仅可以适用于柽柳的研究,还可以广泛应用于其他树木的基因研究。”王玉成说。

  目前,实验室立足于东北林区,开展了一系列有关林木遗传育种的理论与技术研究,利用基因工程育种、分子标记辅助育种、分子设计育种、常规育种等各种技术方法,为东北地区造林培育出了十余种优良的林木新品种,并开展林木的分子生物学、分子育种的基础研究,加强了我国林木分子生物学的理论基础。在发挥宏观森林生物学的优势同时,强化微观生物科学研究,充分发挥森林的各种功能,为培育健康、稳定、可持续发展的森林和改善生态环境作出了重大贡献。
 
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